包括三相变换器的磁轴承控制装置及三相变换器在控制磁轴承方面的应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种磁轴承控制装置和三相变换器在控制磁轴承方面的应用。本发明专利技术建议用一三相变换器（７０）来控制一磁轴承（１０，６６，６８），其中，所述变换器（７０）的三个相电流（４０，４２，４４）都用来控制所述磁轴承（１０，６６，６８）。将所述磁轴承（１０，６６，６８）的一电磁线圈对（１０）的一第一电磁线圈连接在所述三相变换器（７０）的一第一相电流输出端（Ｕ）和一第三相电流输出端（Ｗ）上，将所述电磁线圈对（１０）的一第二电磁线圈连接在所述三相变换器（７０）的第一相电流输出端（Ｕ）和一第二相电流输出端（Ｖ）上，从而借助所述一个变换器（７０）实现对所述电磁线圈对（１０）的差动控制。所述变换器（７０）也可连接在包括预磁化绕组的磁轴承上。这一点在改装此类现有磁轴承时较为有利。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种磁轴承控制装置和三相变换器在控制磁轴承方面的应用。
技术介绍
主动可控的磁轴承使用电磁体。为此需要进行预磁化以及对产生力的电流进行快速控制，以稳定位姿。在现有技术中，这类磁轴承大致分为两种一种是包括预磁化绕组的磁轴承，借助该预磁化绕组可产生基本磁场。此外还存在一控制激励绕组，借助该控制激励绕组可通过控制技术为待支承物体外加一个所需作用力。另一种磁轴承不具有基本激励绕组，亦即，不具有可以实现预磁化的绕组。这种磁轴承所采用的控制技术主要建立在所谓的差动控制(Differenzansteuerung )基础上。在基本激励绕组和控制激励绕组彼此分离的已知磁轴承中，预磁化场由恒定电流产生，而这个恒定电流通常是由一第一功率放大器产生。该预磁化场的增强或削弱则通过控制激励绕组中的电流实现，这个电流通常由一第二功率放大器产生。在此情况下，如果在磁主轴(Magnetspindel)上使用N个磁轴承，则这N个磁轴承的预磁化电流都可由第一功率放大器施加，因此，此处总共需要使用N+l个功率放大器。如前所述，不具有基本激励绕组的常规磁轴承采用差动控制，其中，每个磁轴承均需使用两个功率放大器，因而共总需要使用2XN个功率放大器。图1和图2显示的是对磁轴承的差动控制和一个既包括基本激励绕组又包括控制激励绕组的磁轴承。其中，图1显示的是两个功率放大器12、 14，借助这两个功率放大器可以实现对控制激励绕组10的差动控制。为此须在两个功率放大器12、 14上施加一预磁化电流i。，第一功率放大器12是在预磁化电流i。上加上控制电流ix，第二功率放大器14是从预磁化电流i。中减去控制电流ix。在进行如图1所示的差动控制时，借此将恒定电流i。作为预磁化电流外加到控制激励绕组10的两个线圈中。这个电流例如为IO安培。它均等地流入两个线圈，使得第一线圈的磁动势与第二线圈的磁动势相等。从物理学角度看，这两个线圈通常采用垂直相叠的布置方式。在此情况下，如果需要在一位于两个线圈之间的物体(例如一转子)上施加作用力，就须提高其中一个线圈中的磁动势，降低另一线圈中的磁动势。这一点借助控制电流而实现，通过在预磁化电流上加上该控制电流，可提高其中一个线圈中的磁动势，通过从预磁化电流中减去该控制电流，可降低另一线圈中的磁动势。举例而言，如果这个控制电流为2安培，则第一线圈中通过的电流为12安培，第二线圈中通过的电流只有8安培。借此使第一线圈中的磁场相对于第二线圈的磁场得到大幅增强，从而使(例如)向上的作用力得到增大。通过这种方式可以借助控制电流在位于线圈之间的待支承物体上施加所需作用力。因而从控制技术方面看，图1所示的磁轴承1建立在针对性地增强控制激励绕组10的其中一个线圈的磁场，从而针对性地削弱其另一线圈的磁场这一基础上。图2显示的是另一种己知磁轴承3的示意图，这种磁轴承既包括基本激励绕组16，又包括控制激励绕组10。与图l所示的实施方式不同的是，此处需使用附加功率放大器来为基本激励绕组16产生预磁化电流。但与图1所示的实施方式相比，每次使用时所设的磁轴承越多，在所需功率放大器上的投入就越低，因为在一般情况下，仅一个功率放大器就可为所用的全部磁轴承产生预磁化电流。因此，传统技术在操作已知的磁轴承时，不仅需要昂贵的专用功率放大器，还需使用相应的控制器。专利申请公开案DE 10 2004 024 883 Al揭示上述功率放大器的一种替代方案，借助这种方案也可用机床变换器组中的标准变换器来操作磁轴承。但这种替代方案仅将变换器的两个相用来控制磁轴承。在此情况下，如果存在N个包括预磁化绕组的磁轴承，控制该磁轴承系统时就需使用N+l个变换器。如果这些磁轴承不具有预磁化绕组，就需要使用2XN个变换器。
技术实现思路
从本申请人的上述现有技术出发，本专利技术的目的是在降低所需变换器的投入的同时，借助变换器提高磁轴承控制的效率。除本申请人的上述现有技术外，WO 97/07341中还公开了一种径向主动磁轴承装置，这种磁轴承装置设有三个分布式电磁体，需要进行预磁化。但本专利技术针对的主要是对磁轴承每个自由度的两个电磁线圈的差动控制。因此举例而言，在磁轴承符合预期地包括两个自由度的情况下，本专利技术即涉及两个三相变换器的应用，这两个三相变换器分别控制一个电磁线圈对。其中，无需进行预磁化。此外，本专利技术优选涉及轴向轴承，而非径向轴承。根据本专利技术，这个目的通过使用一三相变换器来控制一磁轴承而实现，其中，所述变换器的三个相电流都用来控制所述磁轴承。本专利技术还涉及一种包括一三相变换器的磁轴承控制装置，所述三相变换器包括三个相电流输出端，用于控制一磁轴承，其中，所述变换器的三个相电流都用来控制所述磁轴承，其实现方式为，所述磁轴承的一电磁线圈对的一第一电磁线圈连接在所述变换器的一第一相电流输出端和一第三相电流输出端上，所述电磁线圈对的一第二电磁线圈连接在所述变换器的第一相电流输出端和一第二相电流输出端上，从而借助所述一个变换器实现对所述电磁线圈对的差动控制。本专利技术基于如下考虑已知的三相变换器不仅适合用来为三相电动机产生旋转场，可以由它产生的三个相电流也可另作他用因此，本专利技术的一个核心理念是以差动控制的方式将变换器的三个相电流输出端作为两个可单独产生的电流应用在磁轴承上。下面将对这一核心理念的实现方式进行说明。现有技术中的已知变换器设计用于操作三相电动机。其中产生一三相矢量(Drehstromvektor)，该三相矢量作为运算对象存在于变换器中，并被分配到变换器的三个相U、 V和W上。图3对这种三相矢量20进行了图示。这个运算对象(三相矢量20)在变换器的坐标系中由电流矢量分量22、 24和26的长度和角度描述，其中，这些电流矢量分量的角度与变换器固定的相位系统U、 V和W有关。电流矢量分量22、 24和26是电流矢量20在方向U、 V和W上的投影。因此，这些单个相电流是产生自电流矢量20在各相的方向矢量(Richtungszeiger)上的投影的标量。三相系统U、 V和W的三个方向矢量彼此错开120°，因而它们所夹的角度彼此相等。指向相应方向矢量的方向的投影为正。反向于方向矢量指向的投影为负。在一个理想化的三相系统中，相电流的几何结构所产生的结果是，这些相电流的总和总是消失，即等于零。相电流总和的消失是每个三相系统的一个重要特征。图4显示的是一永磁同步电动机的示意图，这个同步电动机由一变换器操作。为了简便起见，该电动机具有一磁极对。这个电动机分配有一转子30。所述极对包括一磁北极32和一磁南极34。这个极对固定地锚定在所述转子上。该极对自身刚性，随转子角旋转。可为该极对分配一磁轴36，这个磁轴在图4中自磁南极34指向磁北极32。旋转方向38描述的是所述转子在一个从外部施加的旋转场的影响下所发生的旋转，这个旋转场对所述极对发生作用。所述电动机的定子(此处未作详细图示)包括三个位置固定的线圈，这三个线圈彼此间成120。角布置。在图4所示的示意图中，这些线圈采用星形接法，但附图并未对其中性点进行详细图示。每个线圈均分配有所述变换器的一个相。变换器所产生的相电流40、 42和44从这三个线圈中流过。在此情况下，每个线圈均产生一磁场，该磁场的强度由相应相电流的大小规定。这个磁场的定向取决于相应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相变换器（７０）的应用，用于控制一磁轴承（１０，６６，６８），其中，所述变换器（７０）的三个相电流（４０，４２，４４）都用来控制所述磁轴承（１０，６６，６８）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：约阿希姆登克，汉斯乔治克普肯，迪特马尔斯特罗伊贝，贝恩德韦德尔，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]